[發明專利]一種碳納米管微珠的制備方法

有效

• 申請號: 201510001512.4
• 申請日: 2015-01-04
• 公開（公告）號: CN104525070A
• 公開（公告）日: 2015-04-22
• 發明（設計）人: 孫立國;曹曉儉;蘇曉晗;汪成;張艷紅
• 申請（專利權）人: 黑龍江大學
• 主分類號: B01J13/02
• 分類號: B01J13/02
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 牟永林

技術領域

本發明涉及一種碳納米管微珠的制備方法。

背景技術

碳納米管是一種具有特殊結構的一維量子材料，理論上能夠看成是片狀石墨烯卷成的圓筒，可分為多壁碳納米管和單壁碳納米管。自它在1991年被Iijima發現以來，由于擁有非凡的物理化學性能、機械特性及熱穩定性，引起了科學界的廣泛研究。碳納米管具有獨特的空心結構、納米尺寸、異常高的縱橫比以及較大的比表面積等優異的性能，使得其在諸多領域如高靈敏度傳感器、晶體管等電子設備，太陽能電池，催化，環境領域和生物技術產業等有各種各樣的應用。

三維的CNTs作為一種新型的聚集態結構，已經引起了大家的高度重視。Jeongeun?Seo等通過熱化學氣相沉積的方法在Si柱模板間制備出三維CNTs網絡，并通過原子層沉積在Si柱上同軸涂覆Al₂O₃來防止CNTs在微流控芯片中的聚集。Fengyu?Zhou等利用Co納米粒子作為種子通過化學沉積將打開端口的CNTs原位生長在活性炭基質上，從而得到納米管和活性炭的三維分層混合結構，可用于高性能超級電容器。通過溫和的相變方法，Xiaowei?Ma等制備出三維的花朵狀β-Ni(OH)₂/GO/CNTs復合材料；通過表面活性劑介導聚合，Mahvash?Zuberi等制備出三維結構的碳納米管微球。Xiaojun?Chen等先以SiO₂為模板通過化學聚合得到自摻雜的聚苯胺和SiO₂復合微球，然后加入聚二烯丙基二甲基氯化銨通過靜電吸附將金納米粒子和氧化處理過的CNTs修飾于微球上，除去模板后得到金納米粒子/碳納米管/自摻雜聚苯胺空心球。通過兩步法，Zhengju?Zhu等制備出有序介孔碳/碳納米管復合材料三維導電網絡。此外，Javed?H.Niazi等將帶有氨基的磁性微球作為種子加入到碳納米管水性懸浮液中制備出了三維結構的碳納米管磁性微球；Yue?Li等利用濕化學自組裝技術進行組裝然后用氟硅烷對表面進行后處理制備出修飾有碳納米管的具有仿生超疏水表面的分級微納米結構。

在過去幾年里，微流控技術得到的單分散微珠被廣泛用于制備三維光子晶體膠體珠、光子晶體比色傳感膜、生物載體編碼和腫瘤標志物的多重監測等。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有制備三維結構的碳納米管微球的方法復雜，微珠粒徑不均一的問題，而提供一種碳納米管微珠的制備方法。

本發明碳納米管微珠的制備方法按下列步驟實現：

一、將羧基化碳納米管干粉溶于去離子水中，超聲處理均勻配制成質量分數為2％～4％的分散相溶液；

二、將分散相溶液倒入微流控裝置中的注射器中，將二甲基硅油倒入聚丙烯材質的圓形接收器中，完成原料試劑的填裝；

三、使用注射泵作為推動力得到碳納米管/水液滴，將碳納米管/水液滴滴入到旋轉的圓形接收器中，其中圓形接收器中的二甲基硅油的溫度為60～70℃，保持旋轉12～24h，得到初始微珠；

四、將初始微珠采用分步升溫加熱法進行固化；所述的分步升溫加熱法具體按以下步驟進行：將初始微珠在溫度為80℃～100℃下加熱2h～3h，再在溫度為150℃下加熱10h～12h，最后在溫度為280℃下加熱1.5h～2h，得到固化完全的微珠；

五、將步驟四得到的固化完全的微珠置于馬弗爐中，氮氣保護下以700～750℃的高溫保持1.5～2h，即得到碳納米管微珠。

本發明將羧基化的碳納米管和去離子水混合經超聲處理配制成具有一定黏度的分散相溶液，通過微流控裝置，以二甲基硅油作為流動相，羧基化碳納米管混合溶液作為分散相來制備碳納米管微珠，再將微珠進行固化和煅燒處理，得到最終的三維狀碳納米管微珠。該方法新穎獨特，操作簡單，過程安全可靠對環境友好，通過改變注射器的推進速率或改變針頭直徑能夠控制碳納米管微珠的尺寸，使碳納米管微珠的粒徑均一。

附圖說明

圖1為實施例一得到的碳納米管微球的SEM圖；

圖2為實施例一得到的碳納米管微球表面的SEM圖；

圖3為實施例一得到的碳納米管微球的XRD圖；

圖4為實施例一得到的碳納米管微球的循環伏安(CV)曲線。

具體實施方式

具體實施方式一：本實施方式碳納米管微珠的制備方法按下列步驟實施：

一、將羧基化碳納米管干粉溶于去離子水中，超聲處理均勻配制成質量分數為2％～4％的分散相溶液；